Расчет реактора установки каталитического крекинга

Для разогрева регенератора при пуске установки имеется  топка П-2, где нагревают воздух, направляемый в регенератор. Когда температура катализатора в регенераторе достигает 300 °С, топку П-2 отключают, и подают топливо непосредственно в псевдоожиженный слой регенератора, вплоть до выхода на нормальный режим.

2. Расчётная часть

2.1. Расчёт материального  баланса процесса

 

Таблица 2.1.1

Материальный баланс установки  каталитического крекинга

Наименование	Выход, % мас.	Количество продукта, т/г
Поступило: 1. фр. 350-5000С	100,0	768000
итого	100,0	768000
Получено: 1. углеводородный газ 2. бензин 3. легкий газойль 4. тяжелый газойль 5. потери	17,8 43,2 20,4 18,4 0,2	136704 331776 156672 141312 1536
итого	100,0	768000

 

 

2.2. Расчет реактора установки каталитического крекинга

Расчет произведем при  следующих исходных данных:

Производительность реактора по свежему сырью равняется 768000 т/г (97 т/час);

Количество рециркулирующего каталитического газойля составляет 28,4 % (масс.) на свежее сырье;

Режим процесса: температура крекинга Tp = 758 К, массовая кратность циркуляции катализатора по свежему сырью 7:1.

Расчет установки произведен на основе методики, приведенной в 

Характеристики сырья  и продуктов крекинга по лабораторным данным приведены в таблице 2.2.1.

Таблица 2.2.1

Характеристики сырья  и продуктов крекинга

Показатели	Сырье		Продукты крекинга
	Вакуумный дистиллят	Рециркулирующий газойль	бензин	каталитический газойль
				легкий	тяжелый
Относительная плотность:	0,9100 0,9131	0,9340 0,9340	0,7600 0,7641	0,9300 0,9330	0,9400 0,9420
Пределы выкипания, К	623-773	468-773	313-468	468-623	623-773
Молекулярная масса	360	248	105	200	340
Средняя молекулярная температура  кипения, К	683	582	384	548	676

 

Материальный баланс. Зададимся глубиной превращения 70% (объемн.) на исходное сырье и определим выходы продуктов крекинга.

Отношение количества сырья  к количеству циркулирующего газойля:

                     к = Gc / 0,284 ∙ Gc = 97 /0,284∙97 = 3,52                    

Согласно графику, определим выход бензина υб = 51,7 % (объемн.) на свежее сырье или в массовых процентах:         

где   - выход бензина, % (масс.) на свежее сырье;

- относительные плотности соответственно бензина и свежего сырья.

Подставив числовые значения, получим:

% (масс.) на свежее сырье

Выход сырья для производства технического углерода с учетом потерь в зависимости от заданной глубины  превращения по графику, представленному  в [6], составляет Хк = 12,2% (масс.) на свежее сырье. Выход газа при каталитическом крекинге вакуумного дистиллята, выкипающего в пределах 623-773 К, примем равным Хг = 17,8 % (масс.) на свежее сырье. Выход каталитического газойля, разделенный на легкий и тяжелый, определим по разности:

Хл.г. + Хт.г. = 100–(43,2 + 12,2 + 17,8) = 26,8 % (масс.) на свежее сырье                               

Расчет выхода продуктов  крекинга приводится в таблице 2.2.2.

Количество циркулирующего катализатора и расход водяного пара. При кратности циркуляции катализатора R= 7:1 количество циркулирующего катализатора:

                         Gk = R∙ Gc = 7 ∙ 97,0 = 679 т/ч.                                

Установим расход водяного пара. Для регулирования плотности  смеси паров сырья с катализатором  в транспортную линию подается водяной  пар в количестве 2- 6 % (масс.), считая на загрузку реактора. На отпарку продуктов  крекинга с закоксованного катализатора в зону отпарки подается 5-10 кг пара на 1 т катализатора

Принимаем расход водяного пара для регулирования плотности  смеси равным 4 % (масс.) на сырье или

Gп.1 = 97 ∙ 0,04 = 3,88 т/ч = 13880 кг/ч

Таблица 2.2.2

Материальный баланс каталитического  крекинга

Потоки	Количество, т/ч	Состав
		% (масс.) на свежее сырье	% (масс.) на загрузку реактора
Приход Сырье – вакуумный дистиллят 623-773 К… Рециркулирующий каталитический газойль Загрузка реактора	97,0   27,548 124,548	100,0   28,4 128,4	77,9   22,1 100,0
Расход Газ Бензин Легкий газойль Тяжелый газойль потери	17,3 41,9 19,8 17,8 0,2	17,8 43,2 20,4 18,4 0,2	13,87 33,65 15,9 14,33 0,15
Всего	97,0	100,00	77,90
Циркулирующий каталитический газойль	27,548	28,40	22,1
Сумма	124,548	128,4	100,00

 

На катализаторе после  регенерации остается кокс в количестве 0,2- 0,5 в расчете на свежий катализатор. Примем содержание остаточного кокса  на регенерированном катализаторе равным 0,4 % (масс.), что составит:

т/ч

Количество закоксованного катализатора на выходе из реактора:

G_з.к. = G_к + G_о.к. + 21,75 = 679 + 2,72 + 21,75 = 703,47 т/ч

Приняв расход водяного пара на отпарку 1т закоксованного катализатора равным 7 кг, найдем часовой расход водяного пара:

G_g1 = 7 ∙ G_з.к. = 7 ∙ 703,47 = 4924,29 кг/ч

2.3.Тепловой баланс  реактора

Уравнение теплового баланса  в общем виде выглядит следующим образом:

Q_с + Q_ц1 + Q_к1 + Q_п1 + Q_д1 + Q_о.к. = Q_г + Q_б + Q_л.г. + Q_т.г. +

Q_к2 + Q_к + Q_ц2 + Q_д2 + Q_п2 + Q_р + Q_п

Левая часть уравнения  – это приход тепла (кВт): Q_с – сырьем; Q_ц1 – с рециркулирующим каталитическим газойлем; Q_к1 – с циркулирующим катализатором; Q_п1 – с водяным паром, подаваемым в транспортную линию; Q_д1 – с водяным паром, подаваемым на отпарку углеводородов с катализатора; Q_о.к. – с остаточным коксом. Правая часть уравнения отвечает расходу тепла (в кВт): Q_г – с образовавшимися газами крекинга; Q_б – с парами бензина; Q_л.г. – с парами легкого газойля;  Q_т.г. – с парами тяжелого газойля;  Q_к2 – с циркулирующим катализатором; Q_к – с образовавшимся при крекинге коксом; Q_ц2 – с рециркулирующим газойлем; Q_д2 – с водяным паром, подаваемым на отпарку углеводородов с катализатора; Q_п2 – с водяным паром, подаваемым в транспортную линию; Q_р – на реакции каталитического крекинга; Q_п – потери тепла в окружающую среду.

Из теплового баланса  реактора определим температуру  сырья при подаче его в узел смешения с катализатором.

Примем по литературным и промышленным данным следующие температуры потоков на входе в реактор: Т_ц1 = 561К – температура рециркулирующего каталитического газойля; Т_к1 = 873 К – температура катализатора; Т_п1 =873 К – температура водяного пара, подаваемого в транспортную линию (с давлением π = 0,46 ∙10⁶ Па); Т_д1 = 783 К – температура водяного пара, подаваемого в отпарную зону реактора при давлении 0,46 ∙ 10⁶Па.

Прежде чем рассчитать энтальпию потоков, определим состав крекинг-газа. Примерный состав крекинг-газа приведен в таблице 2.2.3.

 

 

Таблица 2.3.1

Примерный состав крекинг- газа

Компоненты	Mi	Выход %(масс.) на сырье	Количество
			кг/ч	кмоль/ч
H2S	34	0,85	5225	153,68
H2	2	0,30	800	400
CH4	16	2,31	8245	515,31
C2H4	28	0,57	3824	136,57
C2H6	30	1,25	6620	220,67
C3H6	42	3,22	11220	267,14
C3H8	44	2,43	9245	210,11
C4H8	56	3,95	12665	226,16
C4H10	58	2,92	9726	167,69
Сумма	-	17,8	67570	2297,33

 

Ввиду низкого давления в  реакторе влияние давления на энтальпию  не учитывается. Зная состав крекинг- газа, можно найти энтальпию компонентов, затем подсчитать энтальпию смеси. В таблице 4.27 приведены энтальпии  компонентов газа в интервале  температур 673-773 К. 

Сумма энтальпий компонентов  равна энтальпии крекинг- газа при  данной температуре. Путем интерполяции можно определить энтальпию газа при промежуточных температурах.

Энтальпия углеводородных паров определяется по формуле:

 

Определим энтальпии жидких углеводородов:

, кДж/кг

где   - относительная плотность жидкого углеводорода;

   Т – температура потока, К.

Таблица 2.3.2

Энтальпии компонентов газа в интервале температур 673-773 К

Компоненты	Состав хi,%(масс.)	Энтальпия, кДж/кг
		673 К		773 К
H2S	7,73	432,2	33,41	548,3	42,4
H2	1,18	5798,0	68,42	7255,0	85,6
CH4	12,2	1127,0	137,5	1495,0	182,4
C2H4	5,66	858,6	48,6	1143,0	64,7
C2H6	9,80	988,0	96,82	1323,0	129,65
C3H6	16,61	853,8	141,82	1139,0	189,2
C3H8	13,68	967,3	132,3	1293,5	177,0
C4H8	18,74	896,0	167,9	1193,0	223,6
C4H10	14,40	967,3	139,3	1290,0	185,8
Сумма	100,00	-	966,07	-	1280,35

 

Энтальпии углеводородных паров  и жидкостей, также катализатора и кокса подсчитаны и приведены  в таблице  2.2.5.

Энтальпия катализатора и кокса подсчитана по формуле:

                                   , кДж/кг